JP7011892B2 - はんだ接合材料及び接続構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明に係るはんだ接合材料は、はんだ粒子と、フラックスと、バインダーとを含む。本発明に係るはんだ接合材料では、上記はんだ粒子の含有量が80重量%を超える。本発明に係るはんだ接合材料は、上記はんだ粒子として、外表面にアミノ基又はチオール基を有するはんだ粒子を含有するか、又は、上記フラックス及び上記バインダーの内の少なくとも一方として、アミノ基又はチオール基を有する化合物を含有する。本発明に係るはんだ接合材料は、上記はんだ粒子として、外表面にアミノ基又はチオール基を有するはんだ粒子を含有していてもよく、上記フラックス及び上記バインダーの内の少なくとも一方として、アミノ基又はチオール基を有する化合物を含有していてもよい。本発明に係るはんだ接合材料は、上記はんだ粒子として、外表面にアミノ基又はチオール基を有するはんだ粒子を含有し、かつ、上記フラックス及び上記バインダーの内の少なくとも一方として、アミノ基又はチオール基を有する化合物を含有していてもよい。
上記はんだ粒子は、接続対象部材の電極間を電気的に接続する。上記はんだ粒子は、はんだ粒子であってもよい。上記はんだ粒子ははんだにより形成されている。上記はんだ粒子は、中心部分及び導電部の外表面部分のいずれもがはんだにより形成されている。上記はんだ粒子は、上記はんだ粒子の中心部分及び導電性の外表面のいずれもがはんだである粒子である。上記はんだ粒子は、コア粒子として、基材粒子を有さない。上記はんだ粒子は、基材粒子と、上記基材粒子の表面上に配置されたはんだ部とを備える導電性粒子とは異なる。上記はんだ粒子は、例えば、はんだを好ましくは90重量%以上、より好ましくは95重量%以上で含む。
上記はんだ接合材料は、上記フラックス及び上記バインダーの内の少なくとも一方として、アミノ基又はチオール基を有する化合物を含有することが好ましい。上記はんだ接合材料は、上記バインダーとして、アミノ基又はチオール基を有する化合物を含有することが好ましい。
上記はんだ接合材料は、上記フラックス及び上記バインダーの内の少なくとも一方として、アミノ基又はチオール基を有する化合物を含有することが好ましい。上記はんだ接合材料は、上記フラックスとして、アミノ基又はチオール基を有する化合物を含有することが好ましい。
上記はんだ接合材料は、必要に応じて、例えば、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、重合触媒、硬化触媒、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤及び難燃剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
本発明に係る接続構造体は、少なくとも1つの第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、少なくとも1つの第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、上記第1の接続対象部材と上記第2の接続対象部材とを接続しているはんだ部とを備える。本発明に係る接続構造体では、上記はんだ部の材料が、上記はんだ接合材料である。上記はんだ部が、上記はんだ接合材料により形成されている。本発明に係る接続構造体では、上記第1の電極と上記第2の電極とが上記はんだ部により電気的に接続されている。
チオール基を有する化合物の合成:
DPMP-E(ジペンタエリスリトール ヘキサキス(3-メルカプトプロピオネート))3モルに対し、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)1モルをラジカル開始剤V-65(和光純薬工業社製、アゾ系重合開始剤)にて60℃で30分反応させることで、チオール基を有する化合物を合成した。得られたチオール基を有する化合物の沸点は、190℃であった。
アミノ基を有する化合物の合成:
ビス(ヘキサメチレン)トリアミン3モルに対して、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)1モルをラジカル開始剤V-65(和光純薬工業社製、アゾ系重合開始剤)にて60℃で30分反応させることで、アミノ基を有する化合物を合成した。得られたアミノ基を有する化合物の沸点は、180℃であった。
チオール基を有する化合物の合成:
TMTP(トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート)3モルに対し、シアヌル酸トリアリル1モルをラジカル開始剤V-65(和光純薬工業社製、アゾ系重合開始剤)にて60℃で30分反応させることで、チオール基を有する化合物を合成した。得られたチオール基を有する化合物の沸点は、170℃であった。
酒石酸30重量部、ベンジルアミン75重量部を3つ口フラスコに入れ、溶解させた。その後、150℃で減圧下(4Torr以下)2時間反応させることにより、フラックス1を得た。得られたフラックス1の沸点は、180℃であった。
Sn-3Ag-0.5Cuはんだ粒子(三井金属社製「ST-5」、平均粒子径(メディアン径)5μm)と、クエン酸(和光純薬工業社製「クエン酸」)とを、触媒であるp-トルエンスルホン酸を用いて、トルエン溶媒中90℃で脱水しながら8時間攪拌することにより、はんだの表面にカルボキシル基を含む基が共有結合しているはんだ粒子1(CV値20%)を得た。はんだ粒子1におけるはんだの融点は、218℃であった。
Sn-3Ag-0.5Cuはんだ粒子(三井金属社製「ST-5」、平均粒子径(メディアン径)5μm)200gと、イソシアネート基を有するシランカップリング剤(信越シリコーン社製「KBE-9007」)10gと、アセトン70gとを3つ口フラスコに秤量した。室温で撹拌しながら、はんだ粒子表面の水酸基とイソシアネート基との反応触媒であるジブチル錫ジラウレート0.25gを添加し、撹拌下、窒素雰囲気下にて100℃で2時間加熱した。その後、メタノールを50g添加し、撹拌下、窒素雰囲気下にて、60℃で1時間加熱した。
外表面にチオール基を有するはんだ粒子の作製:
チオール基を有するシランカップリング剤(信越シリコーン社製「KBM-803」)10gと、アセトン50g、水20gとを3つ口フラスコに秤量した。室温で撹拌しながら、窒素雰囲気下にて60℃で6時間加熱した。
外表面にアミノ基を有するはんだ粒子の作製:
アミノ基を有するシランカップリング剤(信越シリコーン社製「KBM-603」)10gと、アセトン50g、水20gとを3つ口フラスコに秤量した。室温で撹拌しながら、窒素雰囲気下にて60℃で6時間加熱した。
Sn-3Ag-0.5Cuはんだ粒子(三井金属社製「ST-5」、平均粒子径(メディアン径)5μm)を、SnBiはんだ粒子、三井金属社製「ST-5」、平均粒子径(メディアン径)5μm)に変更したこと以外は、はんだ粒子1と同様にして、はんだ粒子5(CV値20%)を得た。はんだ粒子5におけるはんだの融点は、139℃であった。
CV値を、レーザー回折式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「LA-920」)にて、測定した。
(1)はんだペーストの作製
下記の表1に示す成分を下記の表1に示す配合量で配合して、はんだペーストを得た。
複数の銅箔ランドが形成されたFR-4基板上にメタルマスクではんだペーストを、複数の銅箔ランドをまたがるように印刷した後、1005サイズの積層セラミックコンデンサ部品を銅箔ランドの印刷膜上にマウンターにて実装した。その後、最高温度260℃、保持時間40秒の条件で、リフローはんだ付けをし、試験基板である接続構造体を作製した。
(1)粘度
はんだペーストの25℃での粘度(η25)を、E型粘度計(東機産業社製)を用いて、25℃及び5rpmの条件で測定した。
得られた接続構造体において、第1の電極とはんだ部と第2の電極との積層方向に第1の電極と第2の電極との対向し合う部分をみたときに、第1の電極と第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の、はんだ部が配置されている面積の割合Xを評価した。電極上のはんだの配置精度1を下記の基準で判定した。
○○:割合Xが70%以上
○1:割合Xが65%以上、70%未満
○2:割合Xが60%以上、65%未満
△1:割合Xが55%以上、60%未満
△2:割合Xが50%以上、55%未満
×:割合Xが50%未満
得られた接続構造体について、積層セラミックコンデンサ500個のショートの有無を確認した。
2…第1の接続対象部材
2a…第1の電極
3…第2の接続対象部材
3a…第2の電極
4…はんだ部
11…はんだ接合材料
11A…はんだ粒子
Claims (15)
- はんだ粒子と、フラックスと、バインダーとを含み、
前記はんだ粒子の含有量が80重量%を超え、
前記はんだ粒子として、外表面にアミノ基又はチオール基を有するはんだ粒子を含有するか、又は、前記フラックス及び前記バインダーの内の少なくとも一方として、アミノ基又はチオール基を有する化合物を含有し、
フラックスとして含有される場合の前記アミノ基又はチオール基を有する化合物が、アミノ基を有する化合物であり、該アミノ基を有する化合物が、カルボン酸とアミンとの反応物であり、
複数の第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、複数の第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材とにおける前記第1の電極と前記第2の電極との電気的な接続に用いられる、はんだ接合材料。 - 前記フラックス及び前記バインダーの内の少なくとも一方として、アミノ基又はチオール基を有する化合物を含有する、請求項1に記載のはんだ接合材料。
- 前記アミノ基又はチオール基を有する化合物が、分子末端にアミノ基又はチオール基を有する、請求項1又は2に記載のはんだ接合材料。
- 前記アミノ基又はチオール基を有する化合物が、25℃で液状である、請求項1~3のいずれか1項に記載のはんだ接合材料。
- 前記アミノ基又はチオール基を有する化合物が、ポリエーテル骨格を有する、請求項1~4のいずれか1項に記載のはんだ接合材料。
- 前記アミノ基又はチオール基を有する化合物の分解温度及び揮発温度の内の少なくとも一方が、前記はんだ粒子の融点-45℃以上、260℃以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載のはんだ接合材料。
- 前記アミノ基又はチオール基を有する化合物の分解温度及び揮発温度の内の少なくとも一方が、前記はんだ粒子の融点以上、260℃以下である、請求項6に記載のはんだ接合材料。
- 前記アミノ基又はチオール基を有する化合物として、チオール基を有する化合物を含む、請求項1~7のいずれか1項に記載のはんだ接合材料。
- 前記アミノ基又はチオール基を有する化合物として、アミノ基を有する化合物と、チオール基を有する化合物とを含む、請求項8に記載のはんだ接合材料。
- 前記フラックスの沸点が180℃以上、260℃以下である、請求項1~9のいずれか1項に記載のはんだ接合材料。
- 前記はんだ粒子は、外表面にカルボキシル基を有する、請求項1~10のいずれか1項に記載のはんだ接合材料。
- はんだペーストであり、
前記第1の電極上に、前記第1の電極よりも側方にはみ出すように塗布されるか、又は、複数の前記第1の電極上に、複数の前記第1の電極をまたがるように塗布されて用いられる、請求項1~11のいずれか1項に記載のはんだ接合材料。 - 複数の第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材の表面上に、請求項1~12のいずれか1項に記載のはんだ接合材料を配置する工程と、
前記はんだ接合材料の前記第1の接続対象部材とは反対の表面上に、複数の第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材を、前記第1の電極と前記第2の電極とが対向するように配置する工程と、
前記はんだ粒子の融点以上に加熱することで、前記第1の接続対象部材と前記第2の接続対象部材とを接続しているはんだ部を、前記はんだ接合材料により形成し、かつ、前記第1の電極と前記第2の電極とを、前記はんだ部により電気的に接続する工程とを備える、接続構造体の製造方法。 - 前記はんだ接合材料は、はんだペーストであり、
前記第1の電極上に、前記第1の電極よりも側方にはみ出すように、前記はんだ接合材料を配置するか、又は、複数の前記第1の電極上に、隣り合う前記第1の電極間をまたがるように、前記はんだ接合材料を配置し、
隣り合う前記第1の電極間を、前記はんだ部がまたがっておらず、かつ、隣り合う前記第2の電極間を、前記はんだ部がまたがっていない接続構造体を得る、請求項13に記載の接続構造体の製造方法。 - 前記はんだ接合材料が、前記フラックス及び前記バインダーの内の少なくとも一方として、アミノ基又はチオール基を有する化合物を含有し、
前記はんだ粒子の融点以上に加熱することで、かつ、前記アミノ基又はチオール基を有する化合物の分解温度及び揮発温度の内の少なくとも一方の温度以上に加熱することで、前記第1の接続対象部材と前記第2の接続対象部材とを接続しているはんだ部を、前記はんだ接合材料により形成し、かつ、前記第1の電極と前記第2の電極とを、前記はんだ部により電気的に接続する、請求項13又は14に記載の接続構造体の製造方法。
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